下塔的压力、温度、纯度之间有什么关系?--空分视界


下塔的压力、温度、纯度之间有什么关系?

答：进入下塔的原料空气经精馏后在顶部获得纯度较高的氮气。氮气进入主冷向液氧放出热，最后冷凝成液氮。如果液氧温度一定，主冷的传热面积一定，气氮的冷凝量越多，则需要放出的热量也越多(主冷热负荷越大)，这要求主冷的温差也越大，即气氮的温度要越高。
塔内的气体是饱和蒸气，它的温度与压力、纯度之间存在有固定的关系：
1)当压力一定时，气体的含氮量越高，则液化温度越低。例如，在0.55MPa、气体含氮为100%时，相应的液化温度为-177.8℃；含氮为96%时，液化温度为-176.9℃。
2)当下塔顶部温度不变时(相当于上塔压力、液氧纯度和液氧液面没有改变，气氮的冷凝量没有改变时)，含氮量越高，相应的液化压力也越高。例如，当下塔顶部温度为-177.1℃，气体含氮为99.99%时，相应的液化压力为0.58MPa；含氮为98%时，则压力为0.57MPa；含氮为94%时，则压力为0.55MPa。
在大型空分设备中，同时制取纯氧、纯氮的设备比单独生产纯氧的设备，生产每立方米氧气的成本要高，其中主要原因就是在制取纯氮时，对下塔提供的液氮纯度要求提高，下塔压力相应提高，这样电耗就要大，氧气成本就提高。
3)当气氮的纯度一定时，温度越高，液化所需的压力也越高。例如，当下塔顶部含氮为96%，温度为-178.1℃时，液化压力为0.5MPa；温度为-174.7℃时，则液化压力为0.65MPa。
当进塔空气量增加，主冷传热面显得不足或主冷传热效果由于传热面脏污而下降时，为保证一定的热量传递(一定的热负荷和液氧蒸发量)，只能扩大传热温差。这就要求下塔顶部气氮的温度升高，下塔压力必然要升高。

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